RU2495457C2 - Monodirected neutron radiation detector - Google Patents
Monodirected neutron radiation detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495457C2 RU2495457C2 RU2011136899/28A RU2011136899A RU2495457C2 RU 2495457 C2 RU2495457 C2 RU 2495457C2 RU 2011136899/28 A RU2011136899/28 A RU 2011136899/28A RU 2011136899 A RU2011136899 A RU 2011136899A RU 2495457 C2 RU2495457 C2 RU 2495457C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- hydrogen
- dielectric layer
- containing material
- neutron radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для определения плотности потока быстрых нейтронов при работе ядерно-физических установок.The invention relates to the field of registration of ionizing radiation and can be used to determine the flux density of fast neutrons during the operation of nuclear physics facilities.
Известны устройства, позволяющие осуществлять регистрацию нейтронного излучения с помощью детекторов прямого заряда, в которых реализуется радиационный захват нейтронов или реакция деления с последующей регистрацией токов в виде электронов, протонов, альфа-частиц или осколков деления [1].Known devices that allow the registration of neutron radiation using direct charge detectors, which implements radiation capture of neutrons or the fission reaction, followed by registration of currents in the form of electrons, protons, alpha particles or fission fragments [1].
Недостатком этих детекторов прямого заряда является невысокое временное разрешение, обусловленное сравнительно большим периодом полураспада (более 0,1 с) образующихся в эмиттере радиоактивных изотопов.The disadvantage of these direct charge detectors is their low temporal resolution, due to the relatively long half-life (more than 0.1 s) of the radioactive isotopes formed in the emitter.
Известен другой тип детекторов прямого заряда, в котором вместо радиационного захвата нейтронов или реакции деления используется эффект образования в эмиттере комптоновских электронов с последующим их сбором на коллекторе и с приемлемым временным разрешением [2, 3].Another type of direct charge detectors is known, in which instead of radiation capture of neutrons or fission reaction the effect of formation of Compton electrons in the emitter with their subsequent collection on the collector and with an acceptable time resolution is used [2, 3].
Недостатком этого типа детекторов является то обстоятельство, что хотя они и используются для регистрации гамма-квантов или заряженных частиц, но они не чувствительны к таким электронейтральным частицам как нейтроны, по крайней мере, в диапазоне энергий от 100 кэВ до 20 МэВ.The disadvantage of this type of detectors is that although they are used to detect gamma rays or charged particles, they are not sensitive to electrically neutral particles such as neutrons, at least in the energy range from 100 keV to 20 MeV.
В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков принят детектор мононаправленного нейтронного излучения [4].As a prototype for the largest number of matching features adopted detector of unidirectional neutron radiation [4].
Детектор состоит из корпуса и коллектора, выполненного в виде металлической пластины, отделенной от корпуса слоем диэлектрика, расположенным со стороны облучения и выполненным из водородсодержащего материала, например полиэтилена. В водородсодержащем диэлектрике при облучении нейтронами в результате упругих и неупругих взаимодействий с атомами водорода возникают высокоэнергетические протоны отдачи. Возникшие протоны двигаются преимущественно по направлению движения воздействовавших нейтронов. Коллектор, имеющий толщину, равную пробегу самого высокоэнергетического протона отдачи, обеспечивает полное поглощение поступающих к нему протонов отдачи и формирует положительный электрический сигнал, пропорциональный воздействующей плотности потока нейтронного облучения.The detector consists of a housing and a collector made in the form of a metal plate separated from the housing by a dielectric layer located on the irradiation side and made of a hydrogen-containing material, such as polyethylene. In a hydrogen-containing dielectric when irradiated with neutrons as a result of elastic and inelastic interactions with hydrogen atoms, high-energy recoil protons arise. The resulting protons move mainly in the direction of motion of the affected neutrons. A collector having a thickness equal to the range of the highest-energy recoil proton ensures complete absorption of the recoil protons coming to it and generates a positive electrical signal proportional to the acting neutron irradiation flux density.
Недостатком указанного детектора-прототипа, во-первых, является относительно низкая чувствительность и возможность проявления нестабильности параметров этого детектора, обусловленной тем, что в выполненном из полиэтилена диэлектрическом слое, из которого облучающий поток нейтронов выбивает протоны отдачи, по мере облучения накапливается отрицательный заряд, препятствующий выходу из этого полиэтилена положительно заряженным частицам - протонам. В объеме этого диэлектрика возможно также возникновение неконтролируемых электрических пробоев, которые вкупе с нестабильным уровнем накапливающегося электрического заряда могут привести к неконтролируемой погрешности в определении плотности потока нейтронов.The disadvantage of this prototype detector, firstly, is the relatively low sensitivity and the possibility of instability of the parameters of this detector due to the fact that in the dielectric layer made of polyethylene, from which the irradiating neutron flux knocks recoil protons, a negative charge accumulates as the radiation is irradiated exit from this polyethylene to positively charged particles - protons. In the volume of this dielectric, uncontrolled electrical breakdowns can also occur, which, coupled with an unstable level of accumulating electric charge, can lead to uncontrolled errors in determining the neutron flux density.
Вторым недостатком детектора-прототипа является тот факт, что полезный сигнал регистрируется только с одного электрода - коллектора, на котором накапливается положительный заряд протонов отдачи, а отрицательный заряд, формирующийся в диэлектрическом слое из водородсодержащего материала в результате того, что высокоэнергетические нейтроны выбивают из этого слоя протоны отдачи, никак не используется.The second disadvantage of the prototype detector is the fact that a useful signal is detected only from one electrode - a collector, on which a positive charge of recoil protons is accumulated, and a negative charge formed in a dielectric layer from a hydrogen-containing material as a result of high-energy neutrons being knocked out of this layer recoil protons, not used at all.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является устранение эффектов, связанных с накоплением отрицательного заряда в диэлектрике и возможным возникновением электрических пробоев, а также повышение чувствительности детектора к нейтронному излучению.The technical result to which the invention is directed is to eliminate the effects associated with the accumulation of a negative charge in the dielectric and the possible occurrence of electrical breakdowns, as well as increasing the sensitivity of the detector to neutron radiation.
Технический результат достигается следующим образом. В корпусе детектора размещен со стороны облучения диэлектрический слой (из водородсодержащего материала), толщиной равный пробегу самого высокоэнергетического протона, и этот слой заключен в токопроводящую оболочку, например из алюминированного полиэтилена, с электрическим выводом на регистрирующее устройство. Коллектор, например из алюминия, также с электрическим выводом на регистрирующее устройство, делают по толщине равным пробегу самого высокоэнергетического протона, что обеспечивает полный сбор в коллекторе всех пришедших протонов. Коллектор изолируют от корпуса детектора диэлектрической пленкой. Внутри корпуса детектора размещен электростатический экран, который электрически развязывает заключенный в токопроводящую оболочку диэлектрический слой из водородсодержащего материала от коллектора. Сигнальные выводы подсоединены к линиям связи, ведущим к дифференциальному усилителю: от токопроводящей оболочки, охватывающей диэлектрический слой из водородсодержащего материала, к инвертирующему входу, а от коллектора - к неинвертирующему входу [5].The technical result is achieved as follows. A dielectric layer (made of hydrogen-containing material) is placed in the detector housing on the irradiation side, with a thickness equal to the range of the high-energy proton itself, and this layer is enclosed in a conductive shell, for example, of aluminized polyethylene, with an electrical output to the recording device. A collector, for example of aluminum, also with an electrical output to a recording device, is made equal in thickness to the range of the highest-energy proton, which ensures complete collection of all incoming protons in the collector. The collector is isolated from the detector body by a dielectric film. An electrostatic screen is placed inside the detector housing, which electrically decouples the dielectric layer of the hydrogen-containing material enclosed in the conductive sheath from the collector. The signal leads are connected to communication lines leading to a differential amplifier: from a conductive sheath covering a dielectric layer of a hydrogen-containing material, to an inverting input, and from a collector to a non-inverting input [5].
При статическом режиме работы источника нейтронного излучения линии связи могут быть нагружены на высокоомные сопротивления, вплоть до сопротивлений равных по номиналу входным сопротивлениям соответствующих входов дифференциального усилителя. Однако если излучатель нейтронов работает в импульсном режиме, нагрузочные сопротивления подбирают равными волновому сопротивлению линий связи.In a static mode of operation of a neutron radiation source, communication lines can be loaded with high-impedance resistances, up to the impedances equal in nominal value to the input resistances of the corresponding inputs of the differential amplifier. However, if the neutron emitter operates in a pulsed mode, the load resistances are selected equal to the wave impedance of the communication lines.
На фиг.1 представлена общая схема детектора мононаправленного нейтронного излучения, где:Figure 1 presents a General diagram of a detector of unidirectional neutron radiation, where:
1 - корпус детектора,1 - detector housing,
2 - диэлектрический слой из водородсодержащего материала,2 - a dielectric layer of a hydrogen-containing material,
3 - токопроводящая оболочка,3 - conductive sheath,
4 - электростатический экран,4 - electrostatic screen,
5 - изолирующая оболочка,5 - insulating shell
6 - коллектор,6 - collector,
7 - линия связи коллектора 6 с входным сопротивлением 8 и неинвертирующим входом 11 дифференциального усилителя 12,7 - communication line of the collector 6 with an input impedance 8 and a non-inverting input 11 of the differential amplifier 12,
8 - входное сопротивление неинвертирующего входа 11 дифференциального усилителя 12,8 - input resistance of the non-inverting input 11 of the differential amplifier 12,
9 - входное сопротивление инвертирующего входа 13 дифференциального усилителя 12,9 - input resistance of the inverting input 13 of the differential amplifier 12,
10 - линия связи оболочки 3 с входным сопротивлением 9 и инвертирующим входом 13 дифференциального усилителя 12,10 - communication line of the shell 3 with an input impedance 9 and an inverting input 13 of a differential amplifier 12,
11 - неинвертирующий вход дифференциального усилителя 12,11 - non-inverting input of the differential amplifier 12,
12 - дифференциальный усилитель,12 - differential amplifier
13 - инвертирующий вход дифференциального усилителя 12.13 - inverting input of the differential amplifier 12.
Работает детектор следующим образом: для регистрации потока нейтронов детектор размещается в заданном месте поля излучения. В результате воздействия направленного нейтронного излучения в водородсодержащем материале 2 возникают протоны отдачи, которые проникают сквозь токопроводящую оболочку 3, затем сквозь электростатический экран 4, изолирующую оболочку 5 и поглощаются коллектором 6. В результате в диэлектрическом слое 2 формируется отрицательный объемный заряд, а на коллекторе 6 - положительный.The detector operates as follows: to register the neutron flux, the detector is placed in a given place of the radiation field. As a result of directing neutron radiation in the hydrogen-containing material 2, recoil protons arise, which penetrate through the conductive shell 3, then through the electrostatic screen 4, the insulating shell 5 and are absorbed by the collector 6. As a result, a negative space charge is formed in the dielectric layer 2, and on the collector 6 - positive.
В рассматриваемом варианте конструкции в качестве диэлектрического слоя 2 использован полиэтилен. Этот полиэтиленовый слой 2 заключен в токопроводящую оболочку 3. За счет электростатической индукции в оболочке 3 будет возникать отрицательный заряд, в точности равный суммарной величине объемного заряда, формирующегося при облучении нейтронами в водородсодержащем слое 2. В итоге создается ЭДС стороннего тока с минусовым полюсом на оболочке 3 и плюсовым - на коллекторе 6. Замкнутый контур рабочего тока проходит по элементам: от плюсового полюса на коллекторе 6 по линии связи 7 через входное сопротивление 8, затем через входное сопротивление 9 и по линии связи 10 на минус ЭДС, т.е. на оболочку 3. Таким образом, рабочий ток создает на входных сопротивлениях 8 и 9 два одинаковых по амплитуде (если эти сопротивления одинаковы), но разнополярных сигнала. Сигнал положительной полярности с входного сопротивления 8 по линии связи 7 подается на вход неинвертирующего канала 11 дифференциального усилителя 12, а сигнал отрицательной полярности с входного сопротивления 9 по линии связи 10 подается на вход инвертирующего канала 13 того же дифференциального усилителя 12. Эти два разнополярных сигнала в дифференциальном усилителе 12 по модулю складываются.In the considered embodiment, polyethylene is used as the dielectric layer 2. This polyethylene layer 2 is enclosed in a conductive sheath 3. Due to electrostatic induction, a negative charge will arise in the sheath 3, which is exactly equal to the total volume charge formed when neutrons are irradiated in the hydrogen-containing layer 2. As a result, an external EMF with a negative pole on the sheath is created 3 and positive - on the collector 6. A closed loop of the working current passes through the elements: from the plus pole on the collector 6 through the communication line 7 through the input resistance 8, then through the input resistance 9 and via communication line 10 to minus EMF, i.e. to the shell 3. Thus, the operating current creates at the input resistances 8 and 9 two of the same amplitude (if these resistances are the same), but of a multipolar signal. A signal of positive polarity from the input resistance 8 through the communication line 7 is fed to the input of the non-inverting channel 11 of the differential amplifier 12, and a signal of negative polarity from the input resistance 9 through the communication line 10 is fed to the input of the inverting channel 13 of the same differential amplifier 12. These two bipolar signals differential amplifier 12 modulo add up.
В данной схеме токопроводящая оболочка 3 за счет своих экранирующих свойств полностью исключает помехи как от пробоев, так и от тормозящего действия со стороны электрического поля накапливающегося электрического заряда на процесс выхода протонов из водородсодержащего диэлектрика 2, и, следовательно, уменьшается количество ошибок, влияющих на результаты измерения полезного сигнала.In this scheme, the conductive shell 3, due to its shielding properties, completely eliminates interference from breakdowns as well as from the inhibitory effect of the accumulated electric charge on the proton exit from the hydrogen-containing dielectric 2 from the electric field, and, therefore, the number of errors affecting the results is reduced measuring the useful signal.
Предлагаемый детектор позволяет получать и регистрировать в два раза больший по амплитуде полезный сигнал с меньшими электрическими помехами в системе регистрации сигнала по сравнению с детектором-прототипом.The proposed detector allows you to receive and register twice the amplitude of the useful signal with less electrical noise in the signal registration system compared to the prototype detector.
ЛитератураLiterature
1. Мительман М.Г., Розенблюм Н.Д. Зарядовые детекторы ионизирующих излучений. М., Энергоиздат, 1982, 78 с.1. Mitelman M.G., Rosenblum N.D. Charge detectors of ionizing radiation. M., Energy Publishing House, 1982, 78 pp.
2. Иоилев Г.Ф., Сафонов В.А. Детектор с диэлектрическим рассеивателем. Приборы и техника эксперимента, 1969, №5, с.210.2. Ioilev G.F., Safonov V.A. The detector with a dielectric diffuser. Instruments and experimental equipment, 1969, No. 5, p. 210.
3. Gross B. J.Applied Phjsics, 1965, v.36, N5.3. Gross B. J. Applied Phjsics, 1965, v. 36, N5.
4. Яковлев М.В., Терешкин И.С. Детектор мононаправленного нейтронного излучения. Авт. свидетельство №713293 от 10.01.2005 г., класс G01T 3/00.4. Yakovlev M.V., Tereshkin I.S. Monodirectional neutron radiation detector. Auth. Certificate No. 713293 dated January 10, 2005, class G01T 3/00.
5. Джонс М.Х. Электроника - практический курс. Москва: Постмаркет, 1999. - 528 с.5. Jones M.H. Electronics - a practical course. Moscow: Postmarket, 1999 .-- 528 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136899/28A RU2495457C2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Monodirected neutron radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011136899/28A RU2495457C2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Monodirected neutron radiation detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011136899A RU2011136899A (en) | 2013-03-20 |
RU2495457C2 true RU2495457C2 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49123367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011136899/28A RU2495457C2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Monodirected neutron radiation detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495457C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583861C1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-05-10 | Михаил Викторович Яковлев | Mono-directed neutron radiation detector |
RU2585964C1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-06-10 | Михаил Викторович Яковлев | Device for detecting monodirectional neutron radiation in presence of associated gamma-background |
RU2613565C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-03-17 | Михаил Викторович Яковлев | Device for determining the direction to point source of high-intensity pulsed neutron radiation |
RU2676822C1 (en) * | 2018-02-21 | 2019-01-11 | Михаил Викторович Яковлев | Method of measuring the density of the flow of neutron radiation of low intensity in static fields of mixed gamma-neutron radiation |
RU2716456C1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-03-11 | Михаил Викторович Яковлев | Method for separate detection of monodirectional neutrons and gamma-quanta acting together |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108089223B (en) * | 2018-02-12 | 2024-05-07 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | Neutron detection device and system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1003659C (en) * | 1981-07-02 | 1993-11-15 | Предприятие П/Я А-3603 | Detector of current density of directed neutron radiation |
RU845616C (en) * | 1979-10-05 | 1993-12-15 | Предприятие П/Я А-3603 | Detector of neutron radiation |
SU713293A1 (en) * | 1978-08-28 | 2000-01-10 | М.В. Яковлев | DETECTOR OF MONO-DIRECTED NEUTRON RADIATION |
GB2352081A (en) * | 1999-07-16 | 2001-01-17 | Siemens Plc | Apparatus for measuring neutron radiation |
JP2006194625A (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Toshiba Corp | Neutron detector |
-
2011
- 2011-09-06 RU RU2011136899/28A patent/RU2495457C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU713293A1 (en) * | 1978-08-28 | 2000-01-10 | М.В. Яковлев | DETECTOR OF MONO-DIRECTED NEUTRON RADIATION |
RU845616C (en) * | 1979-10-05 | 1993-12-15 | Предприятие П/Я А-3603 | Detector of neutron radiation |
RU1003659C (en) * | 1981-07-02 | 1993-11-15 | Предприятие П/Я А-3603 | Detector of current density of directed neutron radiation |
GB2352081A (en) * | 1999-07-16 | 2001-01-17 | Siemens Plc | Apparatus for measuring neutron radiation |
JP2006194625A (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Toshiba Corp | Neutron detector |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583861C1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-05-10 | Михаил Викторович Яковлев | Mono-directed neutron radiation detector |
RU2585964C1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-06-10 | Михаил Викторович Яковлев | Device for detecting monodirectional neutron radiation in presence of associated gamma-background |
RU2613565C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-03-17 | Михаил Викторович Яковлев | Device for determining the direction to point source of high-intensity pulsed neutron radiation |
RU2676822C1 (en) * | 2018-02-21 | 2019-01-11 | Михаил Викторович Яковлев | Method of measuring the density of the flow of neutron radiation of low intensity in static fields of mixed gamma-neutron radiation |
RU2716456C1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-03-11 | Михаил Викторович Яковлев | Method for separate detection of monodirectional neutrons and gamma-quanta acting together |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011136899A (en) | 2013-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2495457C2 (en) | Monodirected neutron radiation detector | |
Zhang et al. | Detection of x-ray emission in a nanosecond discharge in air at atmospheric pressure | |
EP3211455B1 (en) | Dosage rate measurement device | |
Jhingan et al. | Front-end electronics for CsI based charged particle array for the study of reaction dynamics | |
RU2583861C1 (en) | Mono-directed neutron radiation detector | |
Gross | Compton Dosimeter for Measurement of Penetrating X-Rays and Gamma Rays | |
US3600578A (en) | Reactor power level sensing device using cherenkov radiation | |
Ziock et al. | A germanium-based coded aperture imager | |
RU2585964C1 (en) | Device for detecting monodirectional neutron radiation in presence of associated gamma-background | |
Evans | Fundamentals of radioactivity and its instrumentation | |
Winkler et al. | A gaseous proportional counter built from a conventional aluminum beverage can | |
Zuo et al. | Monte Carlo simulation of transient response of coaxial cable irradiated by intense pulsed gamma rays | |
RU2716456C1 (en) | Method for separate detection of monodirectional neutrons and gamma-quanta acting together | |
Chen et al. | Compensational scintillation detector with a flat energy response for flash X-ray measurements | |
Zocca et al. | A Smart Reset Circuit for Low-Noise Preamplifiers of X-$\gamma $ Ray Sensor Signals | |
Sajedi et al. | Construction of a prototype silver self-powered neutron detector and simulation of a developed SPND using MCNP4C code | |
Kandlakunta | Gamma Rays Rejection in a Gadolinium based Semiconductor Neutron Detector | |
Chatzakis et al. | Improved detection of fast neutrons with solid-state electronics | |
Zhao et al. | A prototype of beam profile measurement system for HIAF-HFRS beam line | |
RU2676822C1 (en) | Method of measuring the density of the flow of neutron radiation of low intensity in static fields of mixed gamma-neutron radiation | |
RU91567U1 (en) | GAS DETECTOR FOR REGISTRATION OF SLOW AND FAST NEUTRONS IN THE CONDITIONS OF INTENSE EXTERNAL RADIATION | |
Angelone et al. | Test of a resistive plate chamber under irradiation of photons and neutrons | |
Gott et al. | A low-voltage ionization chamber for the ITER | |
Domienikan et al. | Low-cost amplifier for alpha detection with photodiode | |
RU2414725C1 (en) | Method of detecting slow and fast neutrons in intense external radiation conditions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150907 |